工作中需要用到的Java知识（AQS篇）

AQS是在面试的时候比较常问的内容，那么今天我们就来简单了解一下什么是AQS。

什么是AQS？

我们来简单说说什么是AQS，AQS其实是指Java中的AbstractQueuedSynchronizer类，这个类在java.util.concurrent.locks包下，是Java用来实现轻量级锁的类。

AQS的核心思想是，如果被请求的共享资源空闲，则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程，并将共享资源设置为锁定状态，如果被请求的共享资源被占用，那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制，这个机制AQS是用CLH队列锁实现的，即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中。

CLH队列是根据发明者三人名字的首字母命名的。CLH队列从逻辑上形成一个锁等待队列(实际无队列实例，仅通过节点间的关联来实现)从而实现加锁，CLH锁只支持按顺序加锁和解锁(FIFO先入先出)，不支持重入，不支持中断。

AQS中还有一个state变量，用来判断当前是否为同步状态(通过CAS方法来改变state的值)，0：资源空闲，当state变量大于0时表示资源正在锁定中，且state的值表示锁定资源的重入次数。

AQS的工作流程就是基于CLH虚拟队列，用volatile关键字修饰共享变量state，想要获取锁的线程通过CAS方法去改变state变量，成功则获取到锁，失败则进入等待队列中等待唤醒。

AQS采用了模板模式的设计方法

我们只需要按照模板创建自己的类，就可以生成一个自定义的同步器(锁)。

首先我们要遵守这两步：

1. 内部类同步器需要继承AbstractQueuedSynchronizer并重写指定的方法。

2. 外部类同步器需要实现Lock接口与Serializable接口提供对外服务。

我们去创建自定义同步器的时候只需要实现共享变量state的获取与释放即可，等待队列的维护都由AQS底层实现。

自定义同步器需要实现的方法：

以ReentrantLock为例，(可重入独占式锁)：state变量初始化为0，表示未锁定状态，A线程lock()时，会调用tryAcquire()独占锁并将state+1.之后其他线程再想tryAcquire的时候就会失败，直到A线程unlock（）到state=0为止，其他线程才有机会获取该锁。A释放锁之前可以重复获取此锁（state累加），这就是可重入的概念。
注意：获取多少次锁就要释放多少次锁，保证state是能回到零态的。

以CountDownLatch为例，任务分N个子线程去执行，state就初始化为N，N个线程并行执行，每个线程执行完之后countDown()一次，state就会CAS减一。当N子线程全部执行完毕，state=0，会unpark()主调用线程，主调用线程就会从await()函数返回，继续之后的动作。

接下来我们尝试自定义实现一个同步器。

/**
 * @description: 自定义同步器
 * @author: Me
 * @createDate: 2022/11/21 11:09
 * @version: 1.0
 */
public class NonReentrantLock implements Lock, Serializable {
    // 同步器实现时一般都将自定义同步器定义为内部类，供自己使用，并实现某个接口，向外提供服务，一般实现Lock接口
    // 内部类的好处在于可以变相实现多继承
    // 内部类会对同一个包下的其他类隐藏，内部类可以使用private关键字修饰
    // 内部类可以访问外部类的全部字段与方法，外部类访问内部类需要创建内部类对象，内部类中不能有静态成员
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer{
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            assert arg == 1;
            // cas方法，将变量0改为1
            if (compareAndSetState(0,1)){
                // 修改成功则上锁
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }
 
        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            assert arg == 1;
            //如果state为0，则抛出异常
            if (getState()==0){
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            // 如果state变量不为0，则释放锁
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }
 
        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            // 是否锁已经被持有
            return getState() == 1;
        }
 
        //提供条件变量接口
        public Condition newCondition(){
            return new ConditionObject();
        }
    }
 
    Sync sync = new Sync();
 
    @Override
    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }
 
    @Override
    public void lockInterruptibly() throws InterruptedException {
        sync.acquireInterruptibly(1);
    }
 
    @Override
    public boolean tryLock() {
        return sync.tryAcquire(1);
    }
 
    @Override
    public boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
        return sync.tryAcquireNanos(1, unit.toNanos(time));
    }
 
    @Override
    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
 
    @Override
    public Condition newCondition() {
        return sync.newCondition();
    }
}

到这里AQS就简单介绍完啦，希望对小伙伴们有所帮助。